Tien jaar geleden, toen het 3D-printen van voedsel wereldwijd nog volkomen onontgonnen terrein was, stapte TNO in en richtte er een onderzoeksafdeling voor op. Later werd daar het onderzoek naar 3D-printen van medicijnen aan toegevoegd. Inmiddels is, samen met een waar ecosysteem van instellingen en bedrijven, veel kennis vergaard over het printen van exclusieve pasta, eiwitrijke vleesvervangers en gepersonaliseerde medicijnen. De eerste onderzoeksresultaten hebben de markt bereikt.
– 3D-printen kan voor food en farma behoorlijk wat interessante businesscases opleveren.
– ‘Door te printen kun je het tijdrovende, kostbare ombouwen van productielijnen vermijden.’
– ‘Samen met partners komen we in een iteratief proces tot resultaten.’
– ‘We hebben hier zeker een behoorlijke positie in het 3D-printen.’
‘Tien jaar geleden lag het printen van food nog helemaal open’
Midden in de ruimte staat een airfryer. En verderop, langs de wand, twee bakovens die in een high-end designkeuken niet zouden misstaan. Alleen staan de huishoudelijke apparaten opgesteld in het laboratorium van de TNO-afdeling 3D Food & Pharma Printing. ‘We hebben wel eens een mooi rond koekje geprint, maar na het bakken was het niet meer dan een rond plasje’, verklaart afdelingshoofd Pieter Debrauwer de aanwezigheid ervan. ‘Samen met Wageningen hebben we daar toen een oplossing voor gevonden.’ ‘Wageningen’ is Wageningen University & Research (WUR), een van de vijf universiteiten waarmee de TNO-afdeling, gevestigd op de High Tech Campus Eindhoven, samenwerkt. Voorts participeert een flink aantal commerciële partijen in het onderzoek naar het 3D-printen van voedsel en medicijnen. Want die productietechnologie kan voor dat soort doeleinden behoorlijk wat interessante businesscases opleveren, maakt Debrauwer duidelijk.
Pieter Debrauwer: ‘Wij onderzoeken hoe je met ingrediënten als insecten en 3D-printtechnologie eiwitrijke vleesvervangers kunt produceren met dezelfde smaak, textuur en uitstraling als vlees.’
Gezonde voeding
De start in de food werd tien jaar geleden mede geïnitieerd door de Italiaanse pastafabrikant Barilla. ‘Die zocht naar een manier om pasta eigen vormen te geven, bijvoorbeeld het logo van het restaurant dat de pasta serveert.’ Na die form-for-fun-toepassingen dienden zich al snel nog twee thema’s aan, waaronder gepersonaliseerde gezonde voeding. ‘Bijvoorbeeld voor topsporters. De koks in een professionele wielerploeg als Jumbo-Visma zijn nu al voortdurend met weegschaaltjes in de weer om per wielrenner nauwkeurig gehakt, pasta en groente af te meten. Opdat de coureur exact de hoeveelheid calorieën, mineralen en vitamines D binnenkrijgt die hij nodig heeft, rekening houdend met zijn fysiologie en het aantal fietskilometers op een dag en de dag erna. Deze toepassing is ook relevant voor soldaten die op missie voeding van precies die samenstelling moeten krijgen om zo fit mogelijk te blijven.’
Het andere food-thema is ‘alternatieve ingrediënten’ en richt zich specifiek op het ontwikkelen van 3D-printtechnologie voor de productie van smakelijk eiwitrijk voedsel dat als vleesvervanger kan dienen. ‘De hele wereldbevolking voeden conform ons dieet, dat gaat ’m niet worden. De eiwitten hebben we echter wel nodig. Die zitten bijvoorbeeld ook in algen en insecten, maar die zijn we niet gewend te eten. Dus onderzoeken wij hoe je met die ingrediënten en 3D-printtechnologie eiwitrijke vleesvervangers kunt produceren met dezelfde smaak, textuur en uitstraling als vlees. Dat kan grootschalig in een fabriek, maar ook kleinschalige oplossingen in restaurants zijn denkbaar.’
Gepersonaliseerde medicijnen
Vier jaar geleden werd tevens gestart met onderzoek voor de farmaceutische industrie, mede vanwege vragen uit die sector, aldus Debrauwer die hierbij twee thema’s onderscheidt: ‘gepersonaliseerde medicijnen’ en ‘ontwikkeling van medicijnen’. ‘Sommige patiënten’, licht hij het eerste toe, ‘hebben een medicijn nodig met een weinig gevraagde combinatie van werkzame stoffen. De farmaceutische industrie kan die niet rendabel produceren. Hetzelfde geldt voor sommige medicijnen voor kinderen die kleinere doses nodig hebben. En ouderen hebben vaak moeite te onthouden wanneer ze welke medicijnen moeten innemen. ’s Morgens pil A, B en C en ’s avonds C, D en E. Het zou een uitkomst zijn als je van die combinaties twee pillen zou kunnen printen.’
‘In Nederland zijn hiervoor uitstekende ecosystemen voorhanden’
Binnen het tweede thema dragen de TNO-onderzoekers bij aan het verkorten van de doorlooptijd van medicijnontwikkeling, waardoor de kosten lager worden en de terugverdientijd korter. ‘Afhankelijk van de fase van het ontwikkelingsproces zijn er kleine aantallen pillen nodig. Voor het testen van het oplossend vermogen van de buitenlaag zijn honderd pillen genoeg, voor de klinische trials zijn er een paar duizend nodig. Daarvoor moet de medicijnenfabrikant ze nu of met de hand (laten) maken, wat veel tijd kost, of zijn grootschalige productielijnen stilleggen, schoonmaken, de kleine testserie draaien en alles opnieuw reinigen. Door te printen kun je dit tijdrovende, kostbare ombouwen vermijden. Tegelijk kun je makkelijker, desnoods per pil, variëren met de dosering van werkzame stof.’
Drie 3D-printtechnologieën
In dit onderzoekswerk worden drie 3D-printtechnologieën gebruikt: selective laser sintering (SLS), powder bed printing (PBP) en extrusie-gebaseerd printen. Bij SLS smelt een printkop uitgerust met een laser het poeder, zodat het daarna in de gewenste vorm kan uitharden. Bij PBP gebeurt dit met een printkop met een druppelaar die vocht toevoegt. ‘Afhankelijk van wat je wilt maken, kies je de ene of de andere technologie, of een combinatie. Voor een koekje met een droge textuur gebruik je SLS, voor een smeuïge cake PBP. Bij het extrusie-gebaseerd printen spuit een nozzle substraat op een stage, een plaat die zo beweegt dat de gewenste constructie ontstaat.’
Partners
Zoals aangegeven, werkt de TNO-afdeling nauw samen met kennisinstellingen en commerciële bedrijven. ‘Wageningen weet alles van ‘formuleringen’, van recepturen van voedingsstoffen die niet alleen een smakelijk en gezond eindproduct opleveren, maar tijdens het printen en erna ook het gewenste gedrag laten zien. Met WUR en de Technische Universiteit Eindhoven heeft TNO een formele samenwerking, genaamd Digital Food Processing Initiative (DFPI, red.). Een farmaceut als het Duitse Merck kan ons precies vertellen waar bijvoorbeeld de oppervlaktestructuur van een medicijn aan moet voldoen, zodat gedurende het verpakken en transport van fabriek naar apotheek niet meer dan de voorgeschreven hoeveelheid werkende stof afbrokkelt. En Barilla weet alles van pasta en hoe je, met zo veel mogelijk behoud van hun eeuwenoude receptuur, goed printbare pastapoeder kunt maken.’
Een andere partner, BSH (Bosch und Siemens Hausgeräte), is veel meer geïnteresseerd in de printtechnologie zelf. ‘Die oriënteert zich op het vermarkten van 3D-foodprinters voor thuisgebruik en de kleine cateraar. Wij weten alles van prototypebouw, zij alles van hoe je die proto handzaam en fool proof kunt maken en in grote series tegen lage kosten kunt produceren.’
Resultaten?
TNO is intussen tien jaar actief in het 3D-foodprinten. Heeft die investering al tot marktresultaten geleid? ‘Een afstudeerder is met de kennis van 3D-printen die hij hier heeft opgedaan byFlow gestart. Die start-up ontwikkelt en vermarkt de Focus 3D Food Printer, waarmee bijvoorbeeld restaurants pasta, marsepein, maar ook puree en chocola kunnen printen’, duidt Debrauwer. ‘Onze kennis zit ook in de printers die Magic Candy Factory, onderdeel van partner Katjes, gebruikt om winegums te produceren.’
Dergelijke concrete voorbeelden in de farma ontbreken nog, maar voor die sector is Debrauwers afdeling ook pas vier jaar bezig. ‘Met het Erasmus MC werken we aan het 3D-printen van pillen voor kinderen. Het ziekenhuis brengt kennis in van de juiste doseringen en van hoe bepaalde stoffen in de maag oplossen. Zo komen we samen, in een iteratief proces, tot resultaten. Ik hoop dat we volgend jaar daar de eerste, extrusie-gebaseerde printer kunnen installeren.’
Versterken 3D-printsector
Zo wil TNO bijdragen aan het versterken van de Nederlandse 3D-printsector, juist voor food- en farma-toepassingen. ‘We hebben hier, met printerfabrikanten als Additive Industries en Ultimaker, filamentenproducent DSM en kennisclusters als Brightlands Materials Center en het Fraunhofer Project Center, zeker een behoorlijke positie in het 3D-printen. Landen als China leggen zich toe op het ontwikkelen en produceren van goedkope printers met specifieke functies voor het printen van kunststof of metaal. Bedrijven in de VS zijn sterk juist in het printen van polymeren en metalen. Tien jaar geleden lag het printen van food nog helemaal open en konden we ons juist daarin onderscheiden. Met de sterke Nederlandse foodsector hebben we daarvoor een uitstekend ecosysteem voorhanden. Hetzelfde geldt voor het farmaceutisch onderzoek, met universiteiten als Leiden, Radboud en Erasmus en bedrijven als DFE Pharma in Nijmegen en MSD in Oss.’
Lees Link magazine digitaal of vraag een exemplaar op bij mireille.vanginkel@linkmagazine.nl
TNO en Erasmus lanceren opleiding voor het regisseren van ecosystemen
Voor het realiseren van maatschappelijke en economische impact door middel van innovatie moeten publieke en private partijen goed samenwerken. Immers, innovaties kennen nieuwe technische afhankelijkheden, vergen grote investeringen of aanpassingen in regelgeving en vragen om nieuwe businessmodellen en vaardigheden. Daarom lanceren TNO en Erasmus Centre for Entrepreneurship samen het leerprogramma ‘Orchestrating Innovation in public-private ecosystems’.
Bij maatschappelijke uitdagingen overschrijden innovatie en ondernemerschap de grenzen van individuele organisaties. Denk aan de digitalisering van de industrie, de energietransitie, mobiliteit, duurzaamheid, veiligheid en gezondheid. Grootschalige veranderingen waarbij veel partijen zijn betrokken en die veel partijen raken zoals het mkb, grote bedrijven, start-ups, belangenverenigingen, kennisinstellingen, lokale, regionale en nationale overheden, maar ook burgers. ‘Het coördineren van de samenwerking met al deze partijen vereist de regie door een expert die met zowel overheden als burgers en bedrijfsleven kan schakelen’, aldus Frank Berkers, initiator Orchestrating Innovation en senior scientist bij TNO.
TNO wil met dit leerprogramma deze kennis delen met professionals uit de markt en hen begeleiden bij hun eigen praktijk. Het vierdaagse programma is ontwikkeld samen met Erasmus Centre for Entrepreneurship en Rotterdam School of Management van Erasmus Universiteit. Het bestaat uit interactieve masterclasses, persoonlijke trainingsmodules, lessen van gastsprekers, praktijkcases en het leren beheersen van de nieuwste tools en technieken om ecosystemen te stimuleren. Het boeken van succes op de eigen cases staat centraal in een individueel coachingstraject. De opleiding is ontwikkeld voor kwartiermakers, coalitiemanagers, innovatiemanagers en business developers die samenwerken met collega’s van andere organisaties aan ecosystemen, projecten, programma’s en centra voor innovatie-initiatieven.
